滨江流域降水时空演变规律分析

降水是水循环的关键环节,直接影响着径流过程和可利用水资源量的时空分布,关系到区域水资源安全和可持续发展。为了探讨气候变化下华南湿润区典型小流域降水时空演变规律,利用珠江流域北江一级支流滨江流域内及其邻近共10个站点近47年日降水量观测资料,采用非参数统计方法Mann-Kendall(M-K)趋势检验和Mann-Whitney-Pettitt(MWP)检定方法,对年、汛期/非汛期、年日最大和年月最大降水量进行分析。结果表明:滨江流域多年平均降水量呈北少南多分布,主要与区域气流走向及流域地形有关;年降水量总体呈现减少趋势,其中流域南部呈显著减少趋势,北部呈不显著减少趋势,其主要是汛期(4~9月)降水量减少,非汛期(10~翌年3月)降水量变化不大;年日最大和年月最大降水量均呈减少趋势。流域南部年降水量和汛期降水量在1983年发生了显著性变异;流域北部年最大日降水量和年月最大降水量分别在1987年和1985年左右发生显著性变异。     

岳城水库控制流域暴雨洪水的时程分布规律及分期划分研究

从两个方面全面分析了岳城水库控制流域的暴雨洪水时程分布及分期规律:一是根据实测水文资料,通过统计暴雨日数,典型历时年最大降水量、年最大洪峰流量和5日洪量在各旬出现的频率,对流域暴雨洪水时程分布特性进行了多方面的综合分析;二是通过对流域所处地区暴雨形成的天气成因分析,为前述的统计分析结果提供必要的成因基础.还利用旬平均降雨量的相对系数来确定汛期的起止时间.分析结果表明,岳城水库控制流域的暴雨洪水时程分布具有比较明显的变化规律,其中有一个时期暴雨洪水出现的次数多、量级大,主汛期特征显著,汛期可以划分为3个分期,即前汛期、主汛期和后汛期.     

基于相关系数和Fisher最优分割法的汛期分期研究

从径流形成原理出发,提出了采用降雨径流相关系数作为汛期分期指标的基本思路。以陕西省石头河水库1954~2007年的日降水和日流量资料为基础,采用主成分分析法对影响时段径流的因素进行了分析,筛选出了影响不同时段径流量的主要因素,计算了主要影响因素与时段径流量的相关系数,采用Fisher最优分割法将石头河水库汛期划分为汛前过渡期(4月1日~5月20日)、前汛期(5月21日~7月10日)、主汛期(7月11日~8月10日)、后汛期(8月11日~9月20日)和汛后过渡期(9月21日~10月31日),并结合区域气候特点和实际发生的洪水对成果进行了合理性论证。该方法资料要求低,计算简便,具有一定的推广应用价值。     

长江流域洪水分期规律对水库优化蓄水运用方式的科学支撑作用

针对长江流域大型水利工程汛末防洪和蓄水间的矛盾,根据流域汛期洪水资料和环流形势等天气资料,分析了流域洪水与西太平洋副热带高压位置间的关系,在此基础上采用数理统计等方法分析了汛期洪水的分期特性,并重点分析了三峡和瀑布沟水库汛期洪水的分期特点。分析表明,三峡和瀑布沟汛期洪水存在较为明显主汛与后汛之分,分期时间在8月20日左右。分析结果为三峡和瀑布沟水库分析分期设计洪水、优化汛末蓄水调度方式等提供了良好的科学支撑。     

流沙河流域汛期降水特征及趋势分析

根据流沙河流域3个雨量站1994~2011年汛期的实测月降水资料,采用线性倾向估计、5年滑动平均及Mann-Kendall趋势分析等方法,分析了流沙河流域近20 a的汛期降水特征及变化趋势。结果表明:流沙河流域内汛期降水量各月分布不均匀,降水主要集中在7~8月,7、8月份降水量呈上升趋势,其他各月呈下降趋势,但汛期降水量总体呈下降趋势,趋势不显著。     

近50年滇池流域汛期降水时空演变特征分析

以滇池流域1970—2020年汛期（5—10月）降水量资料为依据,利用地理信息技术,采用MannKendall检验法、小波分析等方法,分析近50年来滇池流域汛期降水年际变化的趋势性、周期性以及集中度、集中期、降水中心和旱涝发生频率等演变特征。结果表明：（1）近50年来,滇池流域汛期降水总体呈减少趋势,中部地区降水呈增加趋势,盘龙江上游的松华坝水库以上区域及南部地区降水呈减少趋势;（2）汛期降水年际变化存在31 a的主周期,中部主城区降水集中度高于南部地区;（3）汛期降水的中心整体呈现向东部、南部方向偏移的态势,且移动趋势显著;（4）滇池流域旱涝频发,尤其盘龙江中段昆明主城区为旱涝多发区。该成果对滇池流域水旱灾害防御及水资源管理具有参考意义。     

近40年来珠江流域降水量的时空演变特征

为阐明珠江流域降水量的时空演变特征,利用中国气象局1961～2000年80个观测站的逐月降水资料,采用克里格插值法(Kriging)对珠江流域各月降水量进行插值,并用Mann-Kendall法分析降水序列的变化趋势及其突变分量。结果表明：①40年来,流域总降水量呈微弱的增加趋势,增加率为5．5mm/10a,且具有明显的11年主周期振荡,但不存在突变现象：在空间上表现为东半部以增加为主,西南部以减少为主。②从降水变化趋势的季节来看,春、夏、冬三季降水都呈不显著增加趋势,而秋季降水则呈不显著下降趋势。③汛期(4～9月)降水量呈不显著减少趋势,主汛期(5～7月)与非汛期(10～翌年3月)则呈不显著增加趋势。④从月降水量变化来看,1、2、3、7四个月份是增加明显的月份,其余各月都呈不显著减少趋势。这种变化加剧了降水年内分布的不平衡,即枯水期8～12月份降水更少,而雨水较多的7月降水增加较多,增加了流域洪涝和干旱灾害发生的几率。     

一九八二年汛期全国水情概况

一九八二年汛期全国降雨不匀,东部偏多西部偏少,就东半部地区来说,则又是中部、南部偏多北部偏少。汛期中,从东南沿海到华北地区南部的广大范围内,暴雨活动频繁,北江、赣江、湘江、闽江、长江三峡地区、淮河上中游、黄河中下游以及漳卫河曾先后因暴雨出现大洪水或较大洪水。4月上旬至5月上旬,珠江流域、湘江、赣江、闽江先后进入汛期;5月中旬北江水系连降暴雨,出现了建国以来的最大洪水。6月中旬雨带维持在湘、赣、闽等省,湘江、赣江、闽江相继出现了大洪水或较大洪水,其中赣江出现了自1947年以来的最大洪水。7月中     

流域水文年及丰枯水期划分方法

研究流域水文年及丰、枯水期划分方法,为水文水利计算提供科学依据。通过分析流域径流变化特点,提出径流累计距平法。将该方法用于黑河上游流域,结果表明:该方法为黑河上游流域确定了合理的水文年及丰、枯水期;在不同水文年起讫日下,黑河上游流域年径流时间序列的统计特性和典型年的径流年内分配特征发生显著变化。因此,径流累计距平法可用于划分流域水文年及丰、枯水期,统一水文年划分方式对水文水利计算十分必要。     

黑河流域气候平均降水的精细化分布及总量计算

利用黑河流域气象观测站降水资料和DEM资料,分析了气候平均年和月降水量与地理地形参数的关系.结果显示,黑河流域气候平均降水量与测站的海拔、纬度、坡度显著相关,据此建立了降水量与地理地形参数的关系模型;拟合分析表明,年降水量拟合值与实测值的相关系数达0.94,二者在大部分地区分布特征基本一致,拟合值稍大;逐月降水量拟合相对误差在上游和中游都很小.基于降水量与地理地形参数的关系模型,利用高分辨率DEM资料,扩展得到了黑河流域上中游100m×100m精细化分布的气候平均年降水量和各月降水量.结果表明,精细化分布的降水量场能够表现出更多与地形和地势有关的细节,这是只利用气象测站资料的分析结果所不能反映的.在黑河流域气候平均降水量空间精细化分布基础上,按照黑河流域上中游面积5.08×104 km2计算,其气候平均年降水总量约为150.6×108 m3,降水主要集中在5-9月.     

ENSO事件对长江上游1470-2003年旱涝灾害影响分析

对长江上游旱涝灾害时间序列(1470-2003年)及SST指数序列(1868-2003年)作统计相关与谱分析,探讨了长江上游旱涝灾害与ENSO事件的遥相关关系.结果表明:长江上游旱涝灾害主周期要大于ENSO事件的主周期,前者主周期主要为16.69a,5.09a以及10.47a,而后者主周期主要为5a,～10～12年以及～10a.交叉谱分析结果表明,长江上游旱涝灾害与SST在约5a以及约10～12a周期上呈现出显著的相关性.可以认为ENSO事件发生周期与生存周期的长短直接影响着长江上游旱涝灾害发生的周期与频率,并在5a以及10～12a的周期上表现出高的统计相关性.SST指数与长江上游旱涝灾害相关分析表明,ElNiño事件的发生使长江上游发生旱灾机率增大,而LaNiña事件的发生则使长江上游发生涝灾的机率增大.     

淮河流域近500年洪旱事件演变特征分析

为了认识淮河流域过去500年洪旱事件发生规律并鉴别当前的洪旱情势,收集并对比分析了流域实测降雨资料、重建历史雨季降雨资料、历史旱涝等级资料、历史洪旱文献记录和历史调查洪水资料等多源洪旱灾害数据。以重建历史雨季降雨资料和历史旱涝等级资料为主要依据,通过滑动平均、频率计算、小波分析和突变检验等方法,分析流域过去500年洪水干旱时空分布特征和演变规律。结果表明,17世纪淮河流域洪旱灾害最严重,但20世纪极端洪旱事件发生频次最多。淮河流域洪旱事件存在40年左右的稳定长周期,主周期从18世纪的15~20年逐渐减少到19世纪的5年周期,近20年来出现2~3年的主周期,洪旱灾害事件呈增加趋势,流域社会经济发展面临着严峻的洪旱灾害威胁。     

湛江地区旱涝特征分析

用Z指数确定湛江月降水量的旱涝等级,并对旱涝特征进行分析,结果表明:湛江地区大涝、极涝、大旱、极旱出现的机率大.一年中,雨季的后期(9～10月)和旱季的后期(2～3月)旱涝出现的机率大;雨季的中期(6～7月)和旱季的前期(11～12月)旱涝出现的机率小.全年,涝年景比早年景多,雨季相反;全年和雨季,多数年份旱涝相继出现.50、60年代为偏旱型,70、80、90年代为偏涝型,2001～2005年为偏旱型,从70年代到2005年,湛江的旱涝表现为从偏涝型向偏旱型转变的趋势.湛江旱涝的发生有7～8、10～11、13～14个月的振荡周期.     

青海省玉树旱涝态势变化规律分析

选取青海省玉树1953~2013年月降水数据,基于标准化降水指数SPI,利用频率分析、小波周期分析等方法对玉树县近61年来旱涝强度、频率分布、周期性变化等旱涝态势演变特征进行了研究。研究结果表明:(1)SPI-3、SPI-6和SPI-12三种尺度标准化降水指数对旱涝指示程度存在差别,相比大时间尺度,小时间尺度的标准化降水指数值更为分散,波动幅度更大,对干旱和洪涝的识别更为敏感。近年来,随着玉树县水土流失和沙化,当地土壤持水力程下降趋势,对干旱和洪涝较为敏感,因此玉树县可采用三种尺度标准化降水指数。(2)近61年,玉树县重旱平均发生概率为2.1%,重涝平均发生概率为1.3%。(3)未来几年,预计玉树县仍呈现偏涝趋势。(4)玉树县SPI-12以18a为主周期进行变化。     

An analysis of the drought and flood hazard characteristics and risks during the pre-rainy season in South China

Based on the daily precipitation data provided by the National Meteorological Information Center recorded at 89 representative stations in South China, as well as the reanalyzed monthly average 850-hPa wind field and sea surface temperature (SST) data from the National Centers for Environmental Prediction and the National Center for Atmospheric Research between 1969 and 2008, we studied the inter-annual variations and the causes of flood and drought hazards during the pre-rainy season in South China. Moreover, we assessed the hazard risks. The results indicate the following. (1) Most areas in Guangdong, the north and southwest of Guangxi, and the junction of Jiangxi and Fujian are at high risk of severe flooding. (2) The inter-annual variations of the pre-rainy season flood and drought hazards are evident in South China; specifically, consistent anomalies exist in Guangdong, Guangxi, central and north Fujian, and central and south Jiangxi. An inverse distribution of anomalies occurred in central and south Guizhou. Since the 1990s, inter-annual drought and flood hazards have accrued, particularly in south Guangxi, the southern and northern regions of Guangdong, and the north and central of Fujian where the risk of severe drought and flood is high. (3) The “El-Niño-Southern-Oscillation-like” (ENSO-like) SST anomaly and the corresponding atmospheric circulation anomaly are the major causes of the inter-annual variation of the pre-rainy season drought and flood hazards in South China. From the preceding winter to the pre-rainy season, the ENSO-like positive (negative) SST anomaly regulates the South China Sea and western Pacific anti-cyclonic (cyclonic) airflow to control the South China Sea. This effect increases (or decreases) the warm, humid vapor input in South China and causes severe pre-rainy season floods (or droughts) hazards in South China. It should be noted that because of the asymmetry in the anomalous local low-level circulation and the rainfall patterns, the floods and droughts hazards region in South China are also asymmetry between El Niño and La Niña.     

传统旱涝急转评估指数的局限和改进

针对传统旱涝急转指数存在错漏判及无法统一旱涝急转等级划分的局限, 在明晰旱涝急转定义基础上, 提出了一种改进的标准化旱涝急转指数。通过理论模拟和案例实践, 结果表明: ①传统的旱涝急转指数变化范围较大, 且随着权重参数增大, 错判率减小但漏判率增大, 因此无法避免错漏判问题;错判情形发生在正常状态转为较为严重的涝或较为严重的涝转为正常状态, 漏判发生在相邻的旱和涝等级均较轻的情形。②改进的标准化旱涝急转指数与旱涝指数的变化范围差别较小, 旱涝急转评估可与旱涝评估(如基于气象或水文干旱指数)的分级及阈值设置保持一致, 且通过先识别相邻事件是否分别为旱、涝而避免了旱涝急转的错判, 构建的新权重项避免了旱涝急转的漏判。③作为粤港澳大湾区供水水源的东江流域旱转涝主要发生在前汛期开始的4—5月, 发生比例为33.8%;涝转旱主要发生在后汛期结束后的10月, 发生比例为18.5%;旱转涝和涝转旱并存的年份有12 a。     

非典型周期和气候突变的识别与判定

通过两种新方法分析了无锡站降水年际变化的突变性、周期性等特征,揭示了旱涝演化的自然规律。研究表明,1934、1978、2013年是我国近现代气候突变的临界点,这是旱涝演化的自然选择;无锡站年际降水的观测历史可分成四个特征不同的时段,每个时段节点对应的都是一次气候突变;气候突变会改变年际降水序列的一致性,分段法研究可以大幅度降低模拟难度、提高预测效率。发现并确认了3个气候突变点,实现了超长缺测中断期(13a)旱涝趋势的精确插补,完成了无锡站近百年降雨序列的周期性分析与旱涝趋势预测模拟,研究成果改变了近现代气候历史无法细分的现状。     

The evolution analysis of flood and drought in Huai River Basin of China based on monthly precipitation characteristics

Based on the daily precipitation data of 38 weather stations in the Huai River Basin from 1961 to 2010, this study used SPI index, P-III curve to determine the flood/drought years, under what situations for droughts and floods easily happen, and to analyze the evolution law of flood and drought during inter-annual and intra-annual based on the characteristic of monthly precipitation. The results showed that: (1) annual rainfall of the Huai River Basin presented decreasing trend, maximum rainfall appeared from June to August, and multi-year average precipitation increased gradually from north to south; (2) the variation of monthly precipitation during flood years was more severe than other typical years, and precipitation in drought years showed nearly 50 % decline compared with normal years; (3) high rainfall of flood years was mainly caused by the increase in rainfall in flood season, and the strategy of flood control and drought relief was “short-term flood prevention and long-term drought relief”; (4) while precipitation of most months in drought year was reduced, the relevant strategies “annual basin-wide of long-term drought prevention” should be carried out; (5) combination events of floods and droughts occurred frequently. Persistent drought dominated in spring and summer while droughts and floods that happened alternately were mainly in summer and autumn.     

1800—1813年上海地区梅雨特征和汛期降水量的复原

私人日记是重建高分辨率历史天气气候序列的珍贵史料来源。以《查山学人日记》中的雨日记录为指标复原了日记史料相对缺乏的19世纪早期(1800—1813年)上海地区的梅雨特征,并将雨日区分为5个降水等级,同时将1951—1998年上海龙华站器测日降水量划分为与日记降水记录相匹配的5个降水等级,然后根据龙华站梅雨期、汛期各级雨日数与降水量之间的回归关系复原了1800—1813年的梅雨量和汛期降水量。结果显示:(1)1800—1813年的梅雨相对典型,平均入梅日期为6月10日,出梅日期7月7日,梅期雨日数20.1天,梅期长度27.1天,梅雨量257.3 mm,汛期降水量669.5 mm,与利用《雨雪分寸》重建的梅雨期大体一致,梅雨量有较大差异。(2)整体上看,该时段平均入、出梅日期比龙华站各年代有所提前,梅期雨日数和长度略有增加,梅雨量偏丰,梅雨强度偏强,汛期降水量在适中水平。梅雨特征量、汛期降水量与龙华站各年代不存在显著差异,与20世纪80、90年代最相近。(3)复原的“梅期雨日数、梅期长度”、汛期降水量与区域旱涝状况均有较好的对应关系,与东亚夏季风强弱变化指示的降水空间变化特征也比较相符,反映出文中所用的日记资料以及复原方法和结果具有较高的可靠性。     

珠江流域降水周期特征分析

运用小波分析方法,研究了珠江流域全年、汛期(4～9月)和非汛期(10～翌年3月)三种降水序列时间周期演变特征,结果表明:(1)珠江流域不同区域降水周期不一,大体可分成三个片区,周期尺度分别为6～8a、12～14a和20～21a;(2)珠江流域全年与汛期降水周期以年际变化为主,且两者降水周期分布一致;非汛期降水周期以年代际变化为主,与全年及汛期的降水周期差异较大。